时间：2022-08-14 10:09:02
摘要：针对教材中化学方程式中生成物有水存在时，其气体符号标注的混乱情况进行了分析，总结了水后气体符号的使用条件，通过举例说明提出了教学建议。
关键词：化学方程式；水后气体符号；使用条件
文章编号：1005–6629（2013）8–0076–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 问题提出
严格而言，化学方程式中各物质的聚集状态都必须标注，才能确定反应的各项参数，如实反映反应体系的状态，在化学热力学中就是这样严格规范的。而在现行中学教材化学方程式的生成物中，在生成物水的后面气体符号的标注出现了许多不同的标有气体符号的情况。
（1）都是NaHCO3的加热反应，有些教材在生成物水的后面标有气体符号[1]，而有些教材在生成物水的后面却不标气体符号[2]（NaHCO3等物质的分解，在有些高等教材中也存在着水后标和不标气体符号的不一致的问题）。类似问题在不同的中学教材之间还有很多。
（2）根据资料叙述，NH4HCO3的分解温度为36～ 60℃[3]，此温度范围内的水呈液态，但同样出现了生成物水标有气体符号[4]和不标气体符号的情况[5]。
水后气体符号的使用，在各种不同的化学教材及教参中都没有进行说明，也没有统一的规定，使用未见明确的依据，不使用也没有充分的理由。不仅不同教材中有使用不同的现象，而且同一套教材中的使用也是时此时彼。
那么，水后气体符号的使用条件应该是什么？教师在教学中又应该怎样向学生做出解释呢？
2 问题探讨
在化学反应中，当反应区域中反应物生成的水是气态时，化学方程式中生成物的水后才能标气体符号。这应是水后气体符号使用的先决条件。
对于敞开体系中固体物质参加的有关反应，一般可以用纯水的沸点为参考，粗略地以反应区域的温度是否高于100℃为依据，来判断在水后是否使用气体符号。
对于其他情况下的反应，一般可以根据反应区域中生成的水是否直接形成水蒸气，来确定是否使用气体符号。
这就从宏观上对水后气体符号的使用，确定了一个大致的范围。
下面将从对不同类型、不同特点的反应中，具体分析水后应用气体符号的条件。
2.1 固体物质在空气中的反应
化学反应常常需要外界供热。为了讨论问题方便，对于固体物质的反应，把能够使反应在低于100℃时发生的供热叫做微热（例如，用酒精灯轻微的间断的供热、太阳的适度照晒、热水浴等），把能够使反应在高于100℃时发生的供热叫做加热（或高温）。
化学反应涉及到温度问题。在此应该指出，下面会出现的“反应温度”，是指反应能够发生的最低温度（具有不变性），而“反应区域的温度”则是指反应过程中的实际温度（具有可变性）。在本文中这是两个不同的概念范畴的问题。根据反应温度，可将固体物质的反应分为两类。
2.1.1 反应温度低于100℃的反应
这类反应在不供热、微热、加热（或高温）情况下都有可能发生。生成的水的状态随温度范围的不同而不同。例如，NH4HCO3的分解温度为36～60℃，当微热使反应区域的温度在36～100℃时，NH4HCO3分解，但生成的水以液体存在，水后不应标气体符号。当加热使反应区域的温度高于100℃时，NH4HCO3分解生成的水以气体存在，水后应标气体符号。
NH4HCO3 NH3+CO2+H2O
NH4HCO3 NH3+CO2+H2O
结晶水合物的失水反应，有风化和加热两种情况。风化是在空气中很缓慢的自然失水的过程，生成的水的温度低于100℃，由于生成的水相对很少，看不到水蒸气的现象，虽以气体挥发于空气中，但其是一种特殊情况，水后不应标气体符号。而加热失水时，会使反应区域的温度高于100℃，水后应标气体符号。例如Na2CO3·10H2O的失水
Na2CO3·10H2O Na2CO3+10H2O Na2CO3·10H2O Na2CO3+10H2O2.1.2 反应温度高于100℃的反应
这类物质只有在加热（或高温）情况下，才有可能发生，反应区域的温度高于100℃，生成的水以气体存在。例如，NaHCO3的分解温度高于100℃[6]，当加热使反应进行到有水生成时，反应区域的温度至少在100℃以上，水后应标气体符号。
2NaHCO3 Na2CO3+ CO2+H2O
我们在实际教学中遇到的固体物质参加的反应，绝大多数是不知道其反应温度的。同时，在实验过程中常常是用酒精灯连续的加热，不论哪一种反应情况，都会使反应区域的温度高于100℃。所以，用酒精灯加热的反应，不需要知道其反应温度是多少，只要有水生成，水后就应标气体符号。这就为实际应用带来了很大的方便。例如
CuSO4·5H2O CuSO4+5H2O[7]
MgCl2·6H2O Mg（OH）Cl+HCl+5H2O[8] 2Fe（OH）3 Fe2O3+3H2O[9]
Cu2（OH）2CO3 2CuO+CO2+H2O[10]
Ca（HCO3）2 CaCO3+CO2+H2O
又如各种教材中一直存在的一个问题：用酒精灯加热固体NH4Cl与固体Ca（OH）2的混合物制取氨的反应，在水后未标气体符号，这是不合理的。因为观察这种制取氨的实验过程就会发现，在反应区域中生成的水蒸气，一部分与氨一起排出，一部分在试管口附近凝结为液体。故在水后应标气体符号。
Ca（OH）2+2NH4Cl CaCl2+2NH3+2H2O
但如果将这两种固体混合后不加热而只进行搅拌时，虽然也能反应生成水，但反应区域的温度低于100℃，水后不应标气体符号。
2.2 燃烧反应
燃烧反应在其反应区域内的温度一般高于100℃。如果在反应物中无气体参加，则在生成的水后应标气体符号。例如，用作火箭发射动力燃料的液态偏二甲肼
（C2H8N2）与液态N2O4的燃烧反应：
C2H8N2（液）+2N2O4（液） 2CO2+3N2+4H2O[11]
2.3 液体混合物中进行的反应
液体混合物中的反应，不论起始是否有固体参加，都主要在液体内部进行。
2.3.1 浓硫酸参与的反应
当浓硫酸作为反应物或催化剂时，生成的水又被浓硫酸吸收，生成H2SO4·H2O、H2SO4·2H2O、H2SO4·4H2O等。当浓硫酸溶于水时放出大量的热，就是因为生成了这些结合作用很强、很稳定的水合物[12]。说明在反应中，当温度不是很高时，这些水合硫酸不会分解，不会有游离的水分子大量出现。所以，虽然温度高于100℃，但不会有水蒸气逸出，故在水后不应标气体符号。例如
Cu+2H2SO4（浓） CuSO4+SO2+2H2O
CH3CH2OH CH2=CH2+H2O
C12H22O11 12C+11H2O
2.3.2 水溶液中的反应
水溶液中的反应，不论溶液的温度是否高于100℃，生成的水分子都会进入到溶液中，成为溶液中的分子。当溶液的温度低于100℃时，液体上部不会有大量的水蒸气形成，在水后不应标气体符号。当溶液的温度高于100℃时，在液体上部会有大量的水蒸气形成，但这些水蒸气并非由生成的水分子直接形成，而是由溶液中的水分子获得足够能量后脱离液体表面，进入空气中而形成的，是物理现象，与反应几乎无关。在水后不应标气体符号。所以，水溶液中的反应，不论溶液的温度高低，在化学方程式中的生成物水后，都不应标气体符号。例如暂时硬水的软化：
Ca（HCO3）2 CaCO3+CO2+H2O
Mg（HCO3）2 MgCO3+CO2+H2O
2.3.3 悬浊液中的反应
由固体与水形成的悬浊液（或固液混合物），固体所处的介质是水。对于这种悬浊液，产生水蒸气的情况与溶液中的反应类似。所以，不论温度高低，水后也不应标气体符号。例如，水中的Cu（OH）2在80℃时分解生成CuO和H2O[13]。若将混合物煮沸时，水后也不应标气体符号。
Cu（OH）2（悬浊液） CuO+H2O
又如用二氧化锰与浓盐酸制取氯气的反应，虽然进行了加热，但水后不应标气体符号。
MnO2+4HCl（浓） MnCl2+Cl2+2H2O
3 问题总结
对于化学教材中的任何一个问题的对待和处理，都关系到化学科学的严肃性、严密性，都影响着学生对化学的情感态度的培养和形成，也关系到教学过程能否顺利进行。水后气体符号的使用在教材中如此的混乱现状，显然是不利于达到教育教学目的的。所以，对于水后气体符号的使用，应有一个合理的统一的规定。
综合以上具体情况实例，对于有水生成的反应来说，水的状态、其所处的介质，反应温度、外界供热、反应的热效应等种种因素都会对气体符号的使用与否产生影响，这就决定了水后气体符号使用的复杂性。为了便于教学工作的顺利开展，对于水后气体符号的使用范围及理由可总结如下：
（1）固体物质在加热（或高温）等条件下的反应、无气体参加的燃烧反应，其反应区域的温度一般高于100℃，在生成物水后一般应标气体符号；
（2）固体物质在微热（或不供热）条件下的反应、液体中的反应等，在反应区域中生成的水一般不能形成（或不能直接形成）大量的水蒸气，水后不应标气体符号。
简言之，在化学方程式中标注产物水的气体符号必须同时具备水以气态存在和反应区域的温度在100℃以上这两个条件。这样，对于水后气体符号使用的教学，不仅便于记忆，而且有了一个统一标准，有助于问题的解决。
此外，在教材中应明确统一上述问题的标准，促进教学工作的顺利进行，培养学生严谨细致、实事求是的科学素养。
参考文献：
[1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学2（选修）[M].北京：人民教育出版社，2007：16.
[2]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：56.
[3]普通高中课程标准实验教科书·教师教学用书（化学1·必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：90.
[4]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学2（选修）[M].北京：人民教育出版社，2007：98.
[5]初级中学课本·化学（全一册）[M].北京：人民教育出版社，1982：202.
[6]高级中学化学（必修）·教学参考书第一册[M].北京：人民教育出版社，1995：184.
[7]初级中学课本·化学（全一册）[M].北京：人民教育出版社，1982：152.
[8]北京师范大学等编.无机化学（下册）[M].北京：人民教育出版社，1981：739.
[9]全日制普通高级中学教科书（必修加选修）·化学（第二册）[M].北京：人民教育出版社，2003：89.
[10]义务教育课程标准实验教科书·化学（下册）[M].广州：广东教育出版社，2007：191.
[11]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：92.
[12]北京师范大学等编.无机化学（上册）[M].北京：人民教育出版社，1981：542.
[13]北京师范大学等编.无机化学（下册）[M].北京：人民教育出版社，1981：848.